工程電磁場基礎(chǔ)及應(yīng)用 第2版
定 價:39.8 元
叢書名:普通高等教育電氣工程與自動化類“十三五”規(guī)劃教材
- 作者:劉淑琴
- 出版時間:2019/8/1
- ISBN:9787111625803
- 出 版 社:機械工業(yè)出版社
- 中圖法分類:O441.4
- 頁碼:
- 紙張:膠版紙
- 版次:
- 開本:16開
本書為普通高等教育電氣工程與自動化類“十三五”規(guī)劃教材。
本書在闡述電磁場基本理論的基礎(chǔ)上,闡明電磁理論對高新技術(shù)發(fā)展的作用,重點放在電磁場工程問題的提出和應(yīng)用電磁場分析計算去解決實際問題。全書共分九章:電磁場的數(shù)學(xué)物理基礎(chǔ)、靜電場、恒定電場、靜磁場、時變電磁場與電磁波、準(zhǔn)靜態(tài)電磁場、平面電磁波、電磁場的數(shù)值計算法和工程電磁場應(yīng)用新技術(shù)(磁懸浮、電磁兼容等)。本書還結(jié)合每章的內(nèi)容編寫了大量來自工業(yè)生產(chǎn)、實用技術(shù)等方面的例題、習(xí)題和應(yīng)用實例。
本書可作為高等院校電氣工程及其自動化等專業(yè)的本科及研究生教材和有關(guān)工程人員的參考用書。
第2版前言
本書第2版主要是重新編寫了第8章電磁場的數(shù)值計算法和第9章工程電磁場應(yīng)用新技術(shù)這兩章,加強了應(yīng)用部分的內(nèi)容。
本書的前7章主要講述電磁場的基礎(chǔ)理論。
作為重點介紹的第8章電磁場數(shù)值計算法是基于工程電磁場分析研究的需要。我們知道,電磁場的解析解能夠直接揭示函數(shù)的變化規(guī)律,能夠用顯式表達(dá)變量之間的依賴關(guān)系,不存在數(shù)值不穩(wěn)定的問題,具有可被人重復(fù)導(dǎo)出,計算精度高等特點。但是,三維介質(zhì)中的解析解僅局限于特殊的、簡單的變量條件,缺乏普適性。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展,多種電磁場數(shù)值計算方法不斷涌現(xiàn),并得到廣泛的工程應(yīng)用。相對于解析法而言,數(shù)值計算方法受邊界形狀的約束大為減少,可以解決各種類型的復(fù)雜問題。本書在數(shù)值計算方法中重點介紹了有限元法。當(dāng)然,每種單一的數(shù)值計算方法也是有其局限性的,多種方法應(yīng)取長補短。與本書其他各章結(jié)構(gòu)相同,在第8章的81節(jié)介紹了“馮康與中國有限元法”引出本章內(nèi)容。第9章工程電磁場應(yīng)用新技術(shù)主要介紹了磁懸浮、電磁輻射生物效應(yīng)、電磁兼容等被人們廣泛關(guān)注的幾項新技術(shù)。
參加本次修訂工作的有劉淑琴、陳帝伊、代燕杰、胡文靜,劉淑琴擔(dān)任主編。
為完成本次修訂,研究生趙思鵬、顧霆和劉成鵬做了大量收集、整理資料的工作,在此一并致以誠摯的謝意!
電與磁的發(fā)展、電磁場的工程應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展日新月異,書中不夠完善之處在所難免,乃至或有缺點錯誤,敬請使用本書的師生和其他讀者批評指正。
作者
第1版前言
電磁場是高等學(xué)校工科電類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展,電磁場理論和技術(shù)的研究已經(jīng)滲透到醫(yī)療、生物、天文、地理等眾多的領(lǐng)域,這也為電磁場學(xué)科的發(fā)展和應(yīng)用提供了更為廣闊的空間。例如將電磁場分析計算應(yīng)用到磁懸浮技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計中,可得到多項指標(biāo)的提升。為了使學(xué)生能夠了解電磁場理論的應(yīng)用和前沿知識,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高他們應(yīng)用理論知識解決實際問題的能力,我們編寫的《工程電磁場基礎(chǔ)及應(yīng)用》一書在系統(tǒng)闡述電磁場基本理論的基礎(chǔ)上,通過已成功用于工程實際中的技術(shù)成果,介紹電磁場工程問題的提出和應(yīng)用電磁場理論分析計算解決實際問題的過程。
本書的編寫特點如下:首先,介紹電磁場的數(shù)學(xué)、物理基礎(chǔ),幫助學(xué)生在盡量不借助數(shù)學(xué)參考文獻(xiàn)的情況下學(xué)習(xí)后續(xù)內(nèi)容。其次,按傳統(tǒng)體系逐一講述靜電場、恒定電場、靜磁場、動態(tài)電磁場與電磁波、準(zhǔn)靜態(tài)電磁場、平面電磁波、計算機輔助分析及工程電磁場應(yīng)用新技術(shù)。本著由簡單到復(fù)雜、由淺入深、由特殊規(guī)律到普遍規(guī)律的順序,使學(xué)生逐步加深對電磁場理論及工程應(yīng)用的了解。再次,為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,每一章開始都介紹和本章內(nèi)容相關(guān)的電磁場發(fā)展史上的科學(xué)故事,內(nèi)容涉及相關(guān)科學(xué)家的科學(xué)實驗、主要貢獻(xiàn),發(fā)現(xiàn)電磁學(xué)規(guī)律的過程等。希望學(xué)生通過對電磁場學(xué)科背景知識的了解,提高興趣,鞏固知識。最后,在每一章闡述經(jīng)典理論之后,都相應(yīng)介紹幾個與之相關(guān)的工程應(yīng)用實例,希望這部分內(nèi)容能幫助學(xué)生提高應(yīng)用電磁場理論解決實際問題的能力。另外,每章最后都附有英文科技前沿,介紹電磁場及工程技術(shù)的最新發(fā)展動向,開闊學(xué)生眼界,擴大知識面,為激勵創(chuàng)新提供思路。
參加本書編寫的有劉淑琴、陳帝伊、代燕杰、胡文靜,由劉淑琴擔(dān)任主編。編寫過程中得到了譚震宇教授的關(guān)心與支持,碩士生趙聞、楊洪濤對書中的圖進(jìn)行了整理,在此一并致以衷心的感謝。
本書可作為電氣工程、自動化等專業(yè)本科及相關(guān)專業(yè)研究生的教材和有關(guān)工程人員的參考用書。
書中難免存在不足之處,敬請使用本書的師生和其他讀者批評指正。
作者
序
第2版前言
第1版前言
第1章電磁場的數(shù)學(xué)物理基礎(chǔ)1
11電磁場基本物理量1
111電荷密度與電流密度1
112電場強度2
113磁感應(yīng)強度3
12矢量分析3
121矢量代數(shù)4
122坐標(biāo)系統(tǒng)5
123矢量積分8
13場論基礎(chǔ)8
131場的基本概念9
132標(biāo)量場的梯度9
133矢量場的散度和散度定理11
134矢量場的旋度和斯托克斯定理12
135格林定理和亥姆霍茲定理14
136場的分類16
第2章靜電場18
21電磁學(xué)歷史上第一個定量定律——
庫侖定律18
22真空中的靜電場19
221庫侖定律19
222電場強度20
223靜電場的環(huán)路定理和電位21
224真空中的高斯通量定理24
23電介質(zhì)中的靜電場24
231靜電場中的導(dǎo)體24
232靜電場中的電介質(zhì)25
233電介質(zhì)中的高斯通量定理26
24靜電場的基本方程及分界面上的銜接
條件28
241靜電場的基本方程28
242分界面上的銜接條件29
25靜電場的邊值問題及唯一性定理30
251靜電場的邊值問題30
252唯一性定理32
26邊值問題的解法33
261分離變量法33
262鏡像法和電軸法37
27電容和部分電容44
271電容44
272部分電容45
273靜電屏蔽48
28靜電場的能量和力48
281帶電體系統(tǒng)中的靜電場能量49
282靜電場能量分布及其密度49
283靜電力51
29工程應(yīng)用實例52
291架空地線的防雷作用52
292換位三相輸電線的每相工作
電容53
293靜電發(fā)電機55
210本章小結(jié)56
211習(xí)題58
212科技前沿60
第3章恒定電場61
31從電氣研究的熱潮到焦耳定律的
建立61
32恒定電場的基本方程62
321電源與恒定電場62
322歐姆定律和焦耳定律的微分
形式63
323恒定電場基本方程及分界面上的
銜接條件64
33恒定電場的邊值問題66
34靜電比擬67
35電導(dǎo)與接地電阻68
351電導(dǎo)68
352多電極系統(tǒng)的部分電導(dǎo)69
353接地電阻70
354跨步電壓72
36工程應(yīng)用實例73
361電法勘探73
362普通電阻率法測井75
37本章小結(jié)76
38習(xí)題77
39科技前沿79
第4章靜磁場80
Ⅹ工程電磁場基礎(chǔ)及應(yīng)用第2版目錄Ⅸ41從奧斯特揭示電與磁的聯(lián)系到安培
環(huán)路定理的建立80
42靜磁場的基本方程81
421安培力定律81
422磁感應(yīng)強度82
423磁場的高斯定理83
424媒質(zhì)的磁化84
425一般形式的安培環(huán)路定理86
426靜磁場的基本方程88
43 靜磁場的邊界條件88
44邊界問題的解法90
45矢量磁位及其邊值問題91
451矢量磁位91
452矢量磁位的邊值問題93
46標(biāo)量磁位94
47電感和電感器96
48靜磁場的能量和力97
481用場量表示靜磁能98
482用磁場儲能表示力100
483靜磁力101
49磁路102
410工程應(yīng)用實例105
4101三相輸電線的每相等效電感105
4102電力電纜路徑的探測106
4103電磁炮107
4104磁力礦物分選108
4105磁流體發(fā)電機110
411本章小結(jié)110
412習(xí)題113
413科技前沿115
第5章時變電磁場與電磁波116
51電磁場理論的集大成——麥克斯韋
方程組116
511法拉第與電磁感應(yīng)定律116
512麥克斯韋理論117
52法拉第電磁感應(yīng)定律118
521時變磁場中的靜止回路119
522靜磁場中的運動導(dǎo)體119
523時變磁場中的運動回路119
53全電流定律120
54麥克斯韋方程組122
55時變場的邊界條件124
551不同媒質(zhì)分界面上的銜接條件124
552兩種無損耗、線性媒質(zhì)之間的
分界面126
553電媒質(zhì)與理想導(dǎo)體之間的
分界面126
56動態(tài)位及其波動方程126
561動態(tài)位的定義126
562達(dá)朗貝爾方程127
563達(dá)朗貝爾方程的解128
57坡印亭定理與坡印亭矢量130
571坡印亭定理130
572坡印亭矢量131
58正弦電磁場132
59工程應(yīng)用實例——核磁共振效應(yīng)135
510本章小結(jié)137
511習(xí)題138
512科技前沿140
第6章準(zhǔn)靜態(tài)電磁場141
61麥克斯韋的革命——引導(dǎo)現(xiàn)代物理時代
的到來141
62電準(zhǔn)靜態(tài)場和磁準(zhǔn)靜態(tài)場142
621電準(zhǔn)靜態(tài)場142
622磁準(zhǔn)靜態(tài)場143
63導(dǎo)電媒質(zhì)中自由電荷的弛豫過程144
631電荷在均勻?qū)щ娒劫|(zhì)中的弛豫
過程144
632電荷在分塊均勻?qū)щ娒劫|(zhì)中的
弛豫過程145
64趨膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)147
641電磁場的擴散方程147
642趨膚效應(yīng)與透入深度148
643鄰近效應(yīng)150
65渦流及其損耗151
66電路定律與交流阻抗153
67工程應(yīng)用實例155
671電渦流傳感器155
672無損探傷156
673變壓器和自耦變壓器157
68本章小結(jié)160
69習(xí)題161
610科技前沿162
第7章平面電磁波163
71赫茲的實驗與麥克斯韋理論163
72自由空間中的平面波164
721一般波動方程164
722平面電磁波165
73導(dǎo)電媒質(zhì)中的平面波167
731低損耗媒質(zhì)中的平面波168
732良導(dǎo)體中的平面波169
74平面波的反射與折射170
75導(dǎo)行電磁波和波導(dǎo)173
751導(dǎo)行電磁波的分類173
752電磁波在波導(dǎo)中的傳播特性175
753矩形金屬波導(dǎo)176
754諧振腔178
76工程應(yīng)用實例181
761移動通信技術(shù)181
762電磁波測距183
77本章小結(jié)185
78習(xí)題186
79科技前沿187
第8章電磁場的數(shù)值計算法189
81馮康與中國有限元法189
82電磁場數(shù)值計算常用方法190
821有限元法190
822有限差分法195
823邊界元法199
83電磁場數(shù)值計算軟件200
84二維電磁場和三維電磁場分析算例202
841使用FEMM 軟件進(jìn)行電磁場
分析202
842使用ANSYS MAXWELL軟件進(jìn)行
電磁場分析203
843使用SIMULATION MECHANICAL
軟件進(jìn)行電場分析206
85習(xí)題208
86科技前沿208
第9章工程電磁場應(yīng)用新技術(shù)210
91洛倫茲把經(jīng)典電磁理論推向了最后的
高峰210
92磁懸浮技術(shù)212
921磁力和磁懸浮212
922磁懸浮原理及分類212
923電磁懸浮軸承的電磁場分析213
924磁懸浮人工心臟泵中的電磁場
分析217
925磁懸浮列車中的電磁系統(tǒng)220
93電磁輻射生物效應(yīng)機理研究中的計算
電磁學(xué)方法223
931電磁場與電磁輻射223
932電磁輻射生物效應(yīng)機理研究中的
計算電磁學(xué)方法226
933應(yīng)用時域有限差分法計算電磁輻射
在生物組織中的比吸收率227
94電磁兼容技術(shù)228
941電磁兼容的基本概念及其發(fā)展228
942電磁干擾源及電磁干擾的傳播229
943電磁干擾抑制231
944電磁兼容測試技術(shù)232
945電磁兼容的應(yīng)用233
95科技前沿236
附錄238
附錄A電磁量及其國際制單位238
附錄B一些常用材料的基本常量241
參考文獻(xiàn)243